Vật liệu mới có thể chế tạo như nhựa, nhưng lại có tính dẫn điện như kim loại

Các nhà khoa học của Đại học Chicago Mỹ phát minh ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu có thể được chế tạo như nhựa, nhưng dẫn điện tương tự như kim loại.

 Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Mô phỏng mạng tinh thể. Ảnh minh họa bởi Frank Wegloski/ ScieTech Daily.

Công trình nghiên cứu của nhóm nhà khoa học đã tìm ra phương pháp tạo ra một loại vật liệu mà cấu trúc là các mảnh phân tử lộn xộn và rối loạn, nhưng vẫn có thể dẫn điện rất tốt. Kết quả nghiên cứu được đăng trong một báo cáo khoa học, xuất bản ngày 26/10 trên tạp chí Nature.

Phát hiện này đi ngược lại tất cả các quy tắc về độ dẫn điện, đối với một nhà khoa học, điều này tương tự như việc một chiếc ô tô đang lái trên mặt nước mà vẫn đi được 70 dặm/giờ. Nhưng phát hiện cũng có thể chứng minh là cực kỳ hữu ích. Thông thường, trên hành trình phát minh một vấn đề mang tính cách mạng, quá trình đầu tiên bắt đầu bằng việc khám phá ra một vật liệu hoàn toàn mới.

John Anderson, PGS hóa học tại Đại học Chicago, tác giả cao cấp của công trình nghiên cứu nói: “Về nguyên tắc, phát hiện này mở ra khả năng thiết kế một loại vật liệu hoàn toàn mới dẫn điện, dễ tạo hình và rất bền trong các điều kiện hoạt động hàng ngày.”

“Kết quả của công trình nghiên cứu gợi ý những khả năng mới cho một nhóm vật liệu công nghệ cực kỳ quan trọng,” TS Jiaze Xie tại Princeton, tác giả chính của báo cáo khoa học cho biết.

Không có một lý thuyết vững chắc nào giải thích kết quả này

Trong quá trình sản xuất bất kỳ loại thiết bị điện tử nào, dù đó là iPhone, bảng điều khiển năng lượng mặt trời hay tivi, vấn đề đặt ra đầu tiên là vật liệu dẫn điện. Kim loại như đồng, vàng, nhôm cho đến nay là nhóm chất dẫn điện lâu đời nhất và có nhiều nhất. Khoảng 50 năm trước, các nhà khoa học chế tạo những chất dẫn điện làm từ vật liệu hữu cơ, sử dụng phương pháp xử lý hóa học được gọi là “pha tạp”, rắc các nguyên tử hoặc “tạp chất” khác nhau lên khắp vật liệu. Những vật liệu này linh hoạt hơn và dễ gia công hơn các kim loại thông thường, ưu thế này khiến vật liệu tổng hợp rất hấp dẫn, nhưng có nhược điểm là không ổn định, có thể mất tính dẫn điện nếu tiếp xúc với độ ẩm hoặc nếu nhiệt độ tăng quá cao.

Về nguyên tắc, cả dây dẫn điện kim loại truyền thống và hữu cơ đều có chung một đặc điểm. Cấu trúc vật liệu được tạo thành từ các lớp nguyên tử hoặc phân tử thẳng hàng, xếp khít nhau. Cấu trúc này cho phép các electron dễ dàng di chuyển qua vật liệu tương tự như những chiếc ô tô trên đường cao tốc. Các nhà khoa học cho rằng, vật liệu phải có những hàng thẳng hàng, chỉ có trật tự này mới khiến vật liệu dẫn điện hiệu quả.

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Cấu trúc của vật liệu mới. Nguyên tử niken có màu xanh lục, nguyên tử cacbon có màu xám và nguyên tử lưu huỳnh có màu vàng. Ảnh minh họa Xie et al

Trong nghiên cứu, TS Xie bắt đầu thử nghiệm với một số vật liệu được phát hiện từ nhiều năm trước, nhưng phần lớn bị bỏ qua. Ông xâu chuỗi các nguyên tử niken giống như ngọc trai thành một sợi dây xuyên qua các hạt phân tử làm từ cacbon và lưu huỳnh và bắt đầu thử nghiệm.

Trước sự ngạc nhiên của các nhà khoa học, vật liệu này dẫn điện dễ dàng và mạnh mẽ. Đồng thời vật liệu rất ổn định. “Chúng tôi đã đốt nóng, làm lạnh, cho tiếp xúc với không khí và độ ẩm, thậm chí nhỏ axit và bazơ vào nhưng không có gì xảy ra,” Xie nói. Điều đó vô cùng quan trọng đối với một thiết bị, hoạt động trong môi trường thực tế.

Nhưng điều đáng chú ý nhất đối với các nhà khoa học là cấu trúc phân tử của vật liệu này bị rối loạn. PGS Anderson nói: “Từ một bức tranh cơ bản, vật liệu này không thể là kim loại. Không có một lý thuyết vững chắc nào để giải thích điều này."

Xie, Anderson cùng các nhà nghiên cứu phòng thí nghiệm làm việc với các nhà khoa học khác xung quanh trường đại học để cố gắng tìm hiểu, cách vật liệu có thể dẫn điện. Sau nhiều thử nghiệm, mô phỏng và nghiên cứu lý thuyết, nhóm nghiên cứu cho rằng, vật liệu mới tạo thành các lớp liên tiếp, giống như các tấm trong món lasagna (mỳ nướng kiểu Ý). Ngay cả khi các lớp quay sang các bên khác nhau, không còn tạo thành một chồng lasagna gọn gàng, những electron vẫn có thể di chuyển theo chiều ngang hoặc chiều dọc, miễn là các lớp chạm vào nhau.

Kết quả cuối cùng là cấu trúc chưa từng có đối với một vật liệu dẫn điện. PGS Anderson nói: “Nó gần giống như Play-Doh (bộ ghép hình) dẫn điện, xếp đặt vào vị trí và vật liệu mới dẫn điện.”

Các nhà khoa học rất hào hứng với kết quả này vì khám phá này cho thấy một nguyên tắc thiết kế mới về cơ bản cho công nghệ điện tử với các lớp vật liệu xếp chồng lên nhau và phát hiện mới này sẽ mở ra những công nghệ mới.

Một trong những đặc điểm hấp dẫn của vật liệu là các lựa chọn mới để chế tạo. Ví dụ như kim loại thường phải được nấu chảy để chế tạo thành hình dạng phù hợp cho một con chip hoặc thiết bị. Yêu cầu này hạn chế những gì có thể tạo ra với chúng, vì những thành phần khác của thiết bị phải có khả năng chịu nhiệt cần thiết để xử lý những vật liệu này trong quá trình chế tạo.

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Phòng thí nghiệm Anderson tại Đại học Chicago. Nguồn: Ảnh của John Zich / Đại học Chicago

Vật liệu mới không có hạn chế như vậy do có thể được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Vật liệu mới có thể được sử dụng khi nhu cầu về một thiết bị hoặc các phần của thiết bị có thể chịu nhiệt, axit hoặc kiềm, hoặc độ ẩm, điều đã hạn chế những lựa chọn phát triển công nghệ mới của các kỹ sư. Với phương pháp này, có thể chế tạo ra các vật liệu dẫn điện bằng phương pháp in 3D, cho phép tạo đường điện trên bề mặt bất cứ vật liệu nào, không cần thiết phải có các bảng mạch vững chắc gây ô nhiễm môi trường.

Nhóm nghiên cứu hiện đang khám phá các dạng và chức năng khác nhau của vật liệu này. TS Xie nói: “Chúng tôi có thể làm cho vật liệu thành 2D hoặc 3D, xốp hoặc thậm chí đưa vào các chức năng khác mà không ảnh hưởng đến độ dẫn điện, sử dụng phương pháp thêm vào các trình liên kết hoặc nút khác nhau.”

KHĐS

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục

Lào Cai: Kinh tế số thay đổi tư duy phụ nữ vùng cao

Lào Cai: Kinh tế số thay đổi tư duy phụ nữ vùng cao

Kinh tế số đang mở ra nhiều cơ hội phát triển mới cho người dân Lào Cai. Trong dòng chảy ấy, phụ nữ dân tộc thiểu số ngày càng chủ động tiếp cận công nghệ, tham gia sản xuất - kinh doanh trên môi trường số, qua đó góp phần nâng cao thu nhập, cải thiện đời sống và khẳng định vai trò của phụ nữ trong phát triển kinh tế gia đình, cộng đồng.

Học sinh Mù Cang Chải và dự án nâng tầm kỹ năng số

Học sinh Mù Cang Chải và dự án nâng tầm kỹ năng số

Trước làn sóng chuyển đổi số mạnh mẽ, dự án “Thế giới số - Bước chân học sinh hiện đại” của nhóm học sinh Trường THPT Mù Cang Chải trở thành một điểm sáng. Không chỉ là sản phẩm dự thi khoa học, kỹ thuật năm 2025, dự án của em Đặng Hương Thảo lớp 12A4 và Phạm Quang Huy lớp 10A1 thể hiện nỗ lực tiếp cận công nghệ, thu hẹp khoảng cách tri thức và hỗ trợ học sinh vùng cao chuẩn bị tốt hơn cho môi trường học tập số.

Lào Cai triển khai 152 đội hình “Bình dân học vụ số”

Lào Cai triển khai 152 đội hình “Bình dân học vụ số”

Năm 2025, Tỉnh ủy Lào Cai xác định triển khai Phong trào “Bình dân học vụ số” là một trong những giải pháp trọng tâm, mang ý nghĩa chiến lược nhằm cụ thể hóa Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị về đột phá phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia. Đây là bước đi thiết thực đưa công nghệ số đến gần hơn với người dân, từ đó tạo nền tảng vững chắc cho tiến trình chuyển đổi số toàn diện của tỉnh.

Dấu ấn khoa học - công nghệ trong hành trình chuyển đổi số

Dấu ấn khoa học - công nghệ trong hành trình chuyển đổi số

Khoa học - công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số không còn là lĩnh vực riêng, mà đã trở thành động lực quan trọng thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội. Trong tiến trình đó, Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Lào Cai đã khẳng định vai trò cơ quan tham mưu chiến lược, chủ động kiến tạo và triển khai đồng bộ các nhiệm vụ trọng tâm về khoa học - công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số.

Lào Cai - điểm hội tụ khởi nghiệp và đổi mới sáng tạo

Lào Cai - điểm hội tụ khởi nghiệp và đổi mới sáng tạo

Trong bối cảnh cả nước bước vào kỷ nguyên phát triển mới với yêu cầu cấp bách phải đổi mới mô hình tăng trưởng, Lào Cai đang lựa chọn con đường bứt phá bằng khởi nghiệp và đổi mới sáng tạo. Đây là động lực để kiến tạo sức mạnh mới, mở ra không gian phát triển rộng lớn cho người dân và doanh nghiệp.

Lào Cai: Khai mạc Tuần lễ khởi nghiệp và đổi mới sáng tạo và Hội thảo “Đột phá Khoa học, Công nghệ, Đổi mới sáng tạo và Chuyển đổi số"

Lào Cai: Khai mạc Tuần lễ khởi nghiệp và đổi mới sáng tạo và Hội thảo “Đột phá Khoa học, Công nghệ, Đổi mới sáng tạo và Chuyển đổi số"

Sáng 29/12, tại Trung tâm Hội nghị tỉnh, UBND tỉnh Lào Cai tổ chức khai mạc Tuần lễ khởi nghiệp và đổi mới sáng tạo cùng Hội thảo: “Đột phá Khoa học, Công nghệ, Đổi mới sáng tạo và Chuyển đổi số: Khởi nghiệp sáng tạo và đổi mới sáng tạo trong doanh nghiệp”.

Xây dựng hệ sinh thái số lấy tổ chức Đảng và Đảng viên làm trung tâm

Xây dựng hệ sinh thái số lấy tổ chức Đảng và Đảng viên làm trung tâm

Sáng 29/12, tại Hà Nội, Ban Chỉ đạo chuyển đổi số trong các cơ quan đảng tổ chức Hội nghị tổng kết công tác chuyển đổi số trong các cơ quan đảng năm 2025 và nhiệm vụ, giải pháp trọng tâm năm 2026. Thường trực Ban Bí thư Trần Cẩm Tú - Trưởng Ban Chỉ đạo Chuyển đổi số trong các cơ quan đảng dự và chủ trì hội nghị.

Lào Cai: Kinh tế số chiếm 9,46% GRDP

Lào Cai: Kinh tế số chiếm 9,46% GRDP

Năm 2025, tỷ trọng kinh tế số của tỉnh đạt 9,46% GRDP, phản ánh sự dịch chuyển tích cực trong cơ cấu kinh tế. Khoảng 60% doanh nghiệp trên địa bàn đã chủ động ứng dụng các nền tảng số vào quản trị, sản xuất và tiêu thụ sản phẩm, qua đó tối ưu hóa quy trình, giảm chi phí, mở rộng thị trường và nâng cao năng lực cạnh tranh trong bối cảnh hội nhập.

Lào Cai: Bứt phá mạnh mẽ phát triển 5G, tạo nền tảng chuyển đổi số trên địa bàn tỉnh tỉnh năm 2025.

Lào Cai: Bứt phá mạnh mẽ phát triển 5G, tạo nền tảng chuyển đổi số trên địa bàn tỉnh tỉnh năm 2025.

Thực hiện Nghị quyết số 57-NQ/TW của Bộ Chính trị về phát triển khoa học, công nghệ, đổi mới sáng tạo và chuyển đổi số quốc gia, tỉnh Lào Cai đã xác định phát triển hạ tầng số, đặc biệt là hạ tầng 5G, là “đột phá của đột phá”, tạo nền tảng quan trọng thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội trong giai đoạn mới.

Thư viện thông minh thúc đẩy văn hóa đọc

Thư viện thông minh thúc đẩy văn hóa đọc

Trong dòng chảy mạnh mẽ của chuyển đổi số, nhiều trường học trên địa bàn tỉnh Lào Cai đang từng bước “thay áo mới” cho không gian đọc sách. Từ những thư viện truyền thống vốn trầm lắng, mô hình thư viện thông minh với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin đã và đang thổi luồng sinh khí mới, không chỉ hiện đại hóa hoạt động thư viện mà còn góp phần khơi dậy niềm yêu thích đọc sách, hình thành thói quen tự học cho học sinh và lan tỏa văn hóa đọc trong cộng đồng.

fb yt zl tw